(高清版)GBT 40407-2021 硅酸鹽水泥熟料礦相X射線衍射分析方法

GB/T40407—2021硅酸鹽水泥熟料礦相X射線衍射國家市場監(jiān)督管理總局國家標準化管理委員會IGB/T40407—2021本文件按照GB/T1.1—2020《標準化工作導則第1部分：標準化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)定起草。請注意本文件的某些內(nèi)容有可能涉及專利。本文件的發(fā)布機構(gòu)不承擔識別專利的責任。本文件由中國建筑材料聯(lián)合會提出。本文件由全國水泥標準化技術(shù)委員會(SAC/TC184)歸口。本文件起草單位：中國建筑材料科學研究總院有限公司、華潤水泥技術(shù)研發(fā)(廣西)有限公司、安徽海螺建材設(shè)計研究院有限責任公司、理學電企儀器(北京)有限公司、中國長江三峽集團有限公司、陽江市大地環(huán)保建材有限公司、河南省開元建筑勞務(wù)有限公司、新疆維吾爾自治區(qū)產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗研究建材有限公司、北京科筑建筑工程質(zhì)量監(jiān)測有限公司、株洲宏信科技發(fā)展有限公司、中鐵十八局集團有限公司、北京建筑材料科學研究總院有限公司、重慶建工市政交通工程有限責任公司、中建新疆建工(集團)有限公司、中建新疆建工集團第一建筑工程有限公司、島津企業(yè)管理(中國)有限公司、京信瑞通科技(北京)有限責任公司、浙江南方水泥有限公司、四川棉筑新材料有限公司、廣州金蟬花科技有限公司。1GB/T40407—2021硅酸鹽水泥熟料礦相X射線衍射分析方法警示：本分析方法所使用的X射線衍射儀應(yīng)有專門的輻射防護措施以避免輻射泄漏。儀器廠家應(yīng)保證X射線衍射儀的輻射劑量滿足《放射性裝置和射線裝置管理條例》的要求。X射線是由高電壓產(chǎn)生的，峰值高達55kV,操作X衍射儀時應(yīng)時刻注意安全，避免發(fā)生操作人員受到嚴重電擊。1范圍本文件規(guī)定了硅酸鹽水泥熟料礦相X射線衍射分析方法的原理、X射線衍射儀的校準和定量分析程序的確認、測定步驟和報告。本文件適用于測定硅酸鹽水泥熟料中各礦相[包括阿利特(硅酸三鈣，C?S)、貝利特(硅酸二鈣C?S)、鋁酸鹽(鋁酸三鈣，C?A)、鐵鋁酸鹽(鐵鋁酸四鈣，C?AF)],也可以測定水泥中的方鎂石(氧化鎂，MgO)、鉀芒硝(硫酸鉀，KS)、半水石膏(半水硫酸鈣、無水石膏(硫酸鈣，CS)和方解石2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適用于本文件。GB/T2007.1散裝礦產(chǎn)品取樣、制樣通則手工取樣方法3術(shù)語和定義下列術(shù)語和定義適用于本文件。X射線衍射X-raydiffraction;XRDX射線在晶體材料中被電子散射，相干散射光沿特定方向出現(xiàn)干涉加強的結(jié)果。注：每種晶體所產(chǎn)生的衍射花樣都反映出晶體內(nèi)部的原子分布規(guī)律?；诓祭穹匠?，當晶體組成元素、基團或結(jié)構(gòu)有差異時，衍射譜圖在衍射峰數(shù)目、角度位置、相對強度以及衍射峰形上就會表現(xiàn)出來。XRD圖譜可以作為晶體的定性分析和定量分析依據(jù)。擇優(yōu)取向preferredorientation晶粒相對于樣品表面的非隨機取向。注：擇優(yōu)取向?qū)е履承RD譜線強度的重大變化，是XRD分析中的誤差來源之一。擇優(yōu)取向可通過長時間粉磨減少取向程度，但不能消除?？煽啃砸蜃觬eliabilityfactor反映總體擬合圖譜與實測XRD圖譜一致性程度的參數(shù)。2GB/T40407—20214原理從衍射強度理論可知，多相混合物中某一礦相的衍射強度，隨該礦相的相對含量的增加而增加。X射線衍射分析方法是通過被測樣品的原始XRD圖譜和各個礦相的晶體信息文件，定性分析樣品中的礦相組成，然后通過定量分析擬合計算圖譜峰強度，得到不同礦相的相對含量。XRD圖譜適用于硅酸鹽水泥熟料的礦相的定量分析。Rietveld定量分析是全譜擬合，直接使用最小二乘法精修結(jié)晶學參數(shù)和儀器參數(shù)對實測XRD圖譜進行分析，這種數(shù)據(jù)分析方式最大限度地減少了計算圖譜與實測圖譜之間的差異，可以用于計算水泥熟料礦相的相對含量。5X射線衍射儀的校準和定量分析程序的確認5.1校準5.1.1應(yīng)按附錄A中所述程序?qū)射線衍射儀進行校準。校準標定物質(zhì)包括硅粉、拋光的均密石英巖或氧化鋁樣品。5.1.2X射線衍射儀正常運行時，應(yīng)每6個月進行一次校準。5.1.3X射線衍射儀在更換X射線管，改變探測器，添加或去除單色儀等涉及光路的調(diào)試后，應(yīng)進行校準。5.1.4如果在特定實驗室中使用多個X射線衍射儀進行相同的分析，即使儀器基本相同也應(yīng)分別進行校準。5.2定量分析程序的確認5.2.1在進行硅酸鹽水泥熟料礦相分析之前，應(yīng)對所使用的XRD定量分析程序進行確認，并保留每一次分析程序確認數(shù)據(jù)的記錄。生產(chǎn)方應(yīng)根據(jù)合同或訂單中的要求向購買方公開這些數(shù)據(jù)。5.2.2當測試數(shù)據(jù)不符合表1中允許差要求時，應(yīng)重新確認定量分析程序。表1測定結(jié)果的允許差成分同一實驗室的允許差%不同實驗室的允許差%阿利特貝利特鋁酸鹽鐵鋁酸鹽5.2.3在對XRD定量分析程序進行確認時，應(yīng)使用一個已知礦物組成的熟料樣品。確認時應(yīng)對該熟料重復測定不少于3次，每次測定應(yīng)重新制樣裝樣，使用規(guī)定的定量分析程序以獲得阿利特、貝利特、鋁酸鹽和鐵鋁酸鹽各礦相的比例。通過重復測定的平均值與已知礦物組成值的差別，對XRD定量分析程序的結(jié)果進行修正。3GB/T40407—20216測定步驟應(yīng)按GB/T2007.1規(guī)定的方法取樣。所取的熟料樣品應(yīng)具有代表性，可連續(xù)取，也可從5個以上按四分法取30g有代表性的樣品，在轉(zhuǎn)速為750r/min～950r/min的振動磨上粉磨200s～300s,滴加4～6滴無水乙醇助磨。粉磨后的熟料樣品全部通過45μm篩。將熟料粉置于密閉玻璃瓶中，放干燥器中保存。用壓片機將粉磨好的熟料樣品壓片后放置于樣品臺上。6.4設(shè)置XRD儀掃描參數(shù)使用每個礦相的晶體信息文件(cif文件)計算該礦相的含量，礦物特征峰按附錄B中表B.1選取。在報告中將不同晶型的同一礦相合并計算。使用XRD定量分析程序組合這些計算圖譜擬合原始的實測圖譜，得到最佳擬合[精修可靠性因子(Rwp)收斂，且Rwp<8%]時每個礦相的相對含量。本文件所列允許差均為絕對偏差。同一試驗室的允許差是指：同一分析試驗室同一分析同一試樣時，兩次分析結(jié)果應(yīng)符合表1中的規(guī)定。如超出允許范圍，應(yīng)在短時間內(nèi)進行第三次測定結(jié)果的平均值之差應(yīng)符合表1的規(guī)定。7報告——礦相及含量；4GB/T40407—2021(規(guī)范性)X射線衍射儀的校準A.1引言本附錄給出了一種校準衍射儀的程序，以確保XRD定量分析程序在較長時間內(nèi)(幾年或更長時A.2.1只要程序的某些方面[例如，可靠性因子(Rwp)]沒有改變，峰值強度比和質(zhì)量比之間的關(guān)系是通用的。在其他衍射儀上安裝該程序或調(diào)整和更換X射線衍射儀的X射線管時，不用升級程序。A.2.2XRD定量分析過程標準化的基本要求如下：——單色器偏振效應(yīng)得到校正；——采用衍射峰積分強度；——對衍射儀進行適當?shù)膸缀涡蕦崿F(xiàn)標準化和分析。注1:消光是由于連續(xù)晶面的干涉導致的衍射強度的降低。注2:微量吸收指樣品中礦相的吸收對衍射信號強度的影響。不同的礦相組成會導致測定的衍射強度變化，變化A.3校準A.3.1適當校準的損失會導致峰值強度與20角的系統(tǒng)變化，從而使XRD定量分析程序無效。A.3.2每6個月應(yīng)使用XRD定量分析程序?qū)σ粋€標定物質(zhì)進行分析。測試物質(zhì)的20角盡量分散，覆蓋較廣的特征峰位置、強度和分辨率(即峰寬或部分重疊峰的峰谷強度的比值)。合適的標定物質(zhì)包括A.3.3正確的校準應(yīng)考慮以下指標：——正確的峰值位置；——合適的峰值強度；——一個或多個峰的峰強度的合適比例；——合適的峰值分辨率。這些指標均應(yīng)用于確定適當強度的峰值。正確的峰值位置應(yīng)在其標稱值20的+0.02°(CuKα)范圍內(nèi)。合適的峰強度取決于很多因素，因此應(yīng)根據(jù)經(jīng)驗確定礦相的特征峰。合適的峰值強度比應(yīng)在標稱值的5%以內(nèi)?；诮?jīng)驗，同樣可以為特定的衍射儀確定合適的峰值分辨率。5GB/T40407—2021(規(guī)范性)用于水泥熟料XRD定量分析的礦相XRD圖譜B.1概述XRD定量分析基于熟料礦相晶體結(jié)構(gòu)參數(shù)的精細調(diào)整將計算和測量的XRD圖譜的差值最小化。礦相晶體結(jié)構(gòu)參數(shù)包括每個礦相的化學(固溶體)和結(jié)構(gòu)特性(晶格參數(shù))。晶體結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)描述了水泥熟料中可能發(fā)生的結(jié)晶相的結(jié)構(gòu)和化學組成。由于大量的礦相和大范圍衍射峰的重疊，使得硅酸鹽水泥熟料礦相的定量測定很難從XRD圖譜中獲得。傳統(tǒng)的峰面積測量方法相對不精確，因為難以分解高度重疊的圖譜。Rietveld分析模型相對于這些傳統(tǒng)的基于標準化的方法的優(yōu)點是：可以全譜擬合XRD圖譜多晶結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)。Rietveld分析考慮了強度測量中的再現(xiàn)性、圖譜中樣品位移偏移、特征峰晶格參數(shù)以及受固溶摻雜影響的特征峰強度。使用各礦物的標度因子、相密度和晶胞體積，根據(jù)公式(B.1)計算相對礦相含量：…………(B.1)式中：wp——礦相(p)的質(zhì)量分數(shù)；Sp——Rietveld標度因子；Z——單個晶胞中包含化學式分子的數(shù)量；M——相對分子質(zhì)量；V——晶胞體積。B.2準確分析的最低要求準確分析的最低要求包括：a)通過步進掃描收集準確的熟料樣品衍射數(shù)據(jù)；b)具有與樣品中發(fā)現(xiàn)的實際結(jié)構(gòu)接近的晶體結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)；c)準確反映XRD圖譜和峰形的系統(tǒng)誤差的模型。B.3礦相定性鑒定可通過表B.1中列出的主要特征峰進行礦相定性鑒定，其中列出了可分辨的常見特征峰。水泥熟料中礦相眾多，且衍射峰之間重疊嚴重，傳統(tǒng)的礦相鑒定方法在這里作用不大，應(yīng)使用ICDD參考數(shù)據(jù)庫的XRD圖譜或其他參考圖譜完成每個礦相的確認。6GB/T40407—2021表B.1常見水泥礦相特征峰強度和ICDD卡號礦相(相對峰值強度)ICDD卡號石膏(100)0.7627鐵鋁酸鹽(45)0.7249重晶石(80)0.599741-224石膏(100)0.4284鋁酸鹽，立方(6)0.4235單鉀芒硝(28)0.4175單鉀芒硝(23)0.4158鋁酸鹽，立方(12)0.4079石膏(17)0.3799鉀芒硝(20)0.3670鐵鋁酸鹽(16)0.3653硬石膏(100)0.3497重晶石(40)0.3468無水鉀鎂礬(95)0.3313無水鉀鎂礬(80)0.3271無水鉀鎂礬(80)0.3263無水鉀鎂礬(100)0.3225石膏(75)0.3065阿利特，T型(55)0.3040阿利特，M型(40)0.303642-551阿利特，T型(65)0.3025阿利特，M型(75)0.3025重晶石(80)0.3002單鉀芒硝(77)0.3000阿利特，T型(25)0.2985阿利特，T型(18)0.2974阿利特，T型(20)0.2965阿利特，M型(25)0.2961鉀芒硝(75)0.29407GB/T40407—2021表B.1常見水泥礦相特征峰強度和ICDD卡號(續(xù))礦相(相對峰值強度)間距d20(Cukα)ICDD卡號單鉀芒硝(100)0.290230.785單鉀芒硝(53)0.288030.960無水鉀鎂礬(18)0.288631.026貝利特，β型(21)0.287631.07033-302鉀芒硝(100)0.283831.497鐵鋁酸鹽(25)0.278432.124鋁酸鹽，正交(65)0.271432.976貝利特，α型(100)0.271033.02623-1042鋁酸鹽，立方(100)0.269833.178鋁酸鹽，正交(100)0.269233.25426-957鐵鋁酸鹽(100)0.264433.875貝利特，β型(42)0.261034.330游離氧化鈣(100)0.240537.36037-1497貝利特，α型(40)0.222040.605方鎂石(100)0.211042.9204-829貝利特，α型(60)0.194046.788阿利特，M型(55)0.176451.783阿利特，M型(30)0.175752.004B.4精修參數(shù)精修參數(shù)包括以下內(nèi)容，應(yīng)注意，相關(guān)矩陣的檢查通?？梢宰R別具有高相關(guān)性的變量，強相關(guān)的參數(shù)同時精修容易導致精修發(fā)散：——晶格參數(shù)；——阿利特的擇優(yōu)取向(如有必要);只有通過精修本附錄中列出的參數(shù)才能獲得合適的結(jié)果。鐵素體相的原子位置占有率(